Termociclado de un bloque que comprende múltiples muestras.

Dispositivo para el termociclado simultáneo de múltiples muestras,

que comprende:

a) un bloque térmico (1) que comprende dichas múltiples muestras, b) por lo menos una bomba de calor 2, c)por lo menos una base térmica 4, d) un sumidero de calor 5, y e) una unidad de control 3 para controlar dichotermociclado simultáneo de múltiples muestras,

caracterizado porque se dispone una base térmica (4) interpuesta y en contacto térmico con dicho sumidero de calor 5 y dicha bomba o bombas de calor (2), dicha bomba o bombas de calor (2) se encuentra en contacto térmico condicho bloque térmico (1), en el que dicha base térmica (4) es un dispositivo de cámara de vapor para transportar ydistribuir calor y en el que dicho contacto térmico se basa en una pasta que presenta una elevada conductanciatérmica, una lámina térmicamente conductora o fuerza mecánica.

Termociclado de un bloque que comprende múltiples muestras Campo de la invención La presente invención se refiere al campo del análisis de alto rendimiento de muestras. En particular, la presente invención se refiere a un dispositivo, a un sistema y a un método para el atemperado simultáneo de múltiples muestras.

Antecedentes de la técnica Los dispositivos para atemperar muestras o mezclas de reacción de una manera controlada se utilizan en prácticamente todos los campos de la química o de la bioquímica, y la ciencia básica resulta afectada de la misma manera que el desarrollo industrial o la producción farmacéutica. Debido a que el tiempo de mano de obra, así como los reactivos, son caros, el desarrollo tiende a incrementar el rendimiento de la producción y del análisis, minimizando simultáneamente los volúmenes de reacción necesarios.

En general, los dispositivos de atemperado presentan un bloque térmico que se encuentra en contacto térmico con la muestra bajo investigación. El bloque térmico se atempera hasta una temperatura deseada, afectando también a la temperatura de la muestra. El bloque térmico más simple es una placa calefactora común.

Con el fin de llevar a cabo un atemperado eficiente, el dispositivo debe disponer de medios para calentar y enfriar las muestras. Con este fin, el bloque térmico puede conectarse a dos medios separados o a un único medio capaz de llevar a cabo tanto calentamiento como enfriamiento. Dichos medios únicos de atemperado son, por ejemplo un medio de flujo, mientras que un sistema de tuberías en el interior o próximo al bloque térmico presenta un flujo de un líquido externamente atemperado, por ejemplo agua o aceite, que transporta calor hacia o desde el bloque térmico. En el caso de dos medios separados, en general se utiliza un calentamiento resistivo en combinación con un enfriamiento disipativo. Un buen resumen sobre el control térmico en el campo de los equipos médicos y de laboratorio ha sido escrito por Robert Smythe (Medical Device & Diagnostic Industr y Magazine, enero de 1998, páginas 151 a 157) y a continuación se proporciona un extracto de este artículo.

Un dispositivo de enfriamiento disipativo común es un sumidero de calor en combinación con un ventilador. Generalmente, los disipadores de calor están hechos de aluminio debido a la conductividad térmica relativamente alta del metal y su bajo coste. Se extruyen, estampan, unen, moldean o mecanizan para conseguir una forma que maximice la superficie, facilitando la absorción de calor del aire más frío circundante. La mayoría presenta un diseño de aletas o de pins. En el caso de que se utilicen con ventiladores (convección forzada) , los sumideros de calor pueden disipar grandes cantidades de calor, manteniendo los componentes diana a una temperatura 10-15ºC superior a la temperatura ambiente. Los sumideros de calor son económicos y ofrecen flexibilidad de instalación, aunque no pueden enfriar componentes a una temperatura igual o inferior a la ambiente. Además, los sumideros de calor no permiten el control de la temperatura.

La configuraciones más sofisticadas utilizan dispositivos termoeléctricos (TE) como bombas de calor para el calentamiento y el enfriamiento activo de un bloque térmico. Los dispositivos termoeléctricos son bombas de calor de estado sólido realizadas en materiales semiconductores que comprenden una serie de parejas o juntas de semiconductores de tipo P y de tipo N entre placas cerámicas. El calor resulta absorbido por electrones en la junta fría a medida que pasan de un nivel energético bajo en un elemento de tipo P a un nivel de energía más alto en un elemento de tipo N. En la junta caliente, se expulsa energía a, por ejemplo, un sumidero de calor a medida que los electrones se mueven del elemento de tipo N de alta energía a un elemento de tipo P de baja energía. Una fuente de alimentación DC proporciona la energía para mover los electrones por el sistema. Un dispositivo TE típico contiene hasta 127 juntas y puede bombear hasta 120 W de calor. La cantidad de calor bombeado es proporcional a la cantidad de corriente que fluye por el dispositivo TE y, por lo tanto, resulta posible un control estrecho de la temperatura. Mediante la inversión de la corriente, los dispositivos TE pueden funcionar como calentadores o como enfriadores, lo que puede resultar útil para controlar un objeto en ambientes variables o durante el ciclado a temperaturas diferentes. Los tamaños se encuentran comprendidos entre 2 y 62 mm y pueden utilizarse múltiples dispositivos TE para un mayor enfriamiento. Debido a la cantidad relativamente elevada de calor bombeada sobre un área pequeña, los dispositivos TE en general requieren un sumidero de calor para disipar el calor hacia el entorno ambiente. Un tipo bien conocido de dispositivo TE es el elemento Peltier.

La disipación de calor resulta esencial para un enfriamiento eficiente. En el caso de que el calor no pueda disiparse en origen, dicho calor puede transferirse a otro sitio mediante tubos de calor. Un tubo de calor es un recipiente de vacío sellado con una estructura interna de mecha que transfiere calor por evaporación y condensación de un líquido interno de trabajo. Típicamente se utilizan amonio, agua, acetona o metanol, aunque se utilizan líquidos especiales para aplicaciones criogénicas y a alta temperatura. A medida que se absorbe calor en un lado del tubo de calor, se vaporiza el fluido de trabajo, creando un gradiente de presiones dentro del tubo de calor. Se fuerza a que el vapor fluya hacia el extremo más frío del tubo, en donde condensa, liberando su calor latente a la estructura de mecha y después al entorno ambiente mediante, por ejemplo, un sumidero de calor. El fluido de trabajo condensado vuelve al evaporador por gravedad o acción capilar en el interior de la estructura interna de mecha. Debido a que los tubos de calor aprovechan el efecto de calor latente del fluido de trabajo, pueden diseñarse para mantener un componente a prácticamente las condiciones ambientales. Aunque resultan más efectivos en el caso de que el líquido condensado funcione con la gravedad, los tubos de calor pueden funcionar en cualquier orientación. Las bombas de calor típicamente son pequeñas y altamente fiables, pero no pueden enfriar objetos a una temperatura inferior a la ambiente.

Un bloque térmico puede atemperarse con dos tubos de calor, un tubo de calor transporta calor desde una fuente de calor a dicho bloque térmico y el otro tubo de calor transporta calor fuera de dicho bloque térmico. Se da a conocer un bloque térmico con dos tubos de calor en la solicitud de patente WO nº 01/51209. En la patente US nº 4.950.608 se utiliza una pluralidad de tubos de calor para realizar un recipiente de temperatura regulada. En la patente US nº

4.387.762 da a conocer un tubo de calor con una conductancia térmica controlable.

Aparte de los tubos de calor, recintos de estado sólido en forma de tubo con un equilibrio líquido-vapor, también se conocen estos recintos de estado sólido en una forma similar a un plato, son producidos por la compañía Thermacore (Lancester, USA) y se denominan Therma-BaseTM. Estos Therma-BaseTM presentan una forma sustancialmente plana y se utilizan en, por ejemplo, ordenadores, para distribuir el calor en los circuitos integrados (patente US nº 6.256.199) . Se da a conocer en la patente US nº 5.161.609 un aparato para la regulación de la temperatura de elementos en contacto térmico con un líquido contenido en equilibrio de líquido-vapor en el interior de un recinto. La patente US nº 5.819.842 describe una unidad de control de la temperatura que comprende una placa distribuidora para el control independiente de múltiples muestras que se encuentran muy próximas entre sí.

La solicitud de patente WO nº 01/24930 da a conocer un ensamblaje termociclador con un tubo de calor en forma de plato dispuesto entre una bomba de calor y un bloque térmico para obtener una distribución del calor altamente homogénea dentro del bloque térmico.

La solicitud de patente WO nº 2004/105947 da a conocer un ensamblaje termociclador con un bloque térmico segmentado, en el que los segmentos pueden ciclarse independientemente, y los tubos de calor pueden disponerse para obtener una distribución homogénea del calor dentro de segmentos individuales del bloque térmico.

De esta manera, el objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo para el atemperado simultáneo de las muestras. En un aspecto de la presente invención, la invención se refiere al termociclado simultáneo de múltiples muestras para llevar a cabo una PCR en un formato de placa de microtitulación.

Breve descripción de la invención La invención se refiere a un dispositivo... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para el termociclado simultáneo de múltiples muestras, que comprende:

a) un bloque térmico (1) que comprende dichas múltiples muestras, b) por lo menos una bomba de calor 2, c) por lo menos una base térmica 4, d) un sumidero de calor 5, y e) una unidad de control 3 para controlar dicho termociclado simultáneo de múltiples muestras,

caracterizado porque se dispone una base térmica (4) interpuesta y en contacto térmico con dicho sumidero de calor 5 y dicha bomba o bombas de calor (2) , dicha bomba o bombas de calor (2) se encuentra en contacto térmico con dicho bloque térmico (1) , en el que dicha base térmica (4) es un dispositivo de cámara de vapor para transportar y distribuir calor y en el que dicho contacto térmico se basa en una pasta que presenta una elevada conductancia térmica, una lámina térmicamente conductora o fuerza mecánica.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicho bloque térmico (1) comprende huecos (7) dispuestos para alojar dichas múltiples muestras.

3. Dispositivo según las reivindicaciones 1 a 2, en el que dicha bomba o bombas de calor (2) son dispositivos termoeléctricos, preferentemente dispositivos semiconductores, más preferentemente elementos Peltier.

4. Dispositivo según las reivindicaciones 1 a 3, que comprende una única base térmica (4) , en la que dicha única base térmica (4) es sustancialmente plana y preferentemente no presenta huecos.

5. Dispositivo según las reivindicaciones 3 a 4, en el que el área de sección transversal de dicha base térmica (4) única es en menos de 20% mayor o menor que el área de sección transversal de dicho sumidero de calor (5) y en el que el área de sección transversal de dicha base térmica (4) única es mayor que el área de sección transversal de dicho bloque térmico (1) , y dichas áreas de sección transversal se encuentran dispuestas en paralelo a las áreas de contacto respectivas.

6. Dispositivo según las reivindicaciones 1 a 2, que comprende una primera base térmica (4) y una segunda base térmica (6) preferentemente no presentando ninguna de ellas huecos.

7. Dispositivo según las reivindicaciones 1 a 6, en el que una o más de dichas por lo menos una base térmica se proporcionan con medios de control (9) para modificar las propiedades de conducción de calor de dichas bases térmicas.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que dicha unidad de control (3) está adaptada para controlar las propiedades de dicha bomba o bombas de calor (2) .

9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el que dicha unidad de control (3) está adaptada adicionalmente para el acceso a dichos medios de control (9) para ajustar las propiedades de la base térmica correspondiente (4, 6) .

10. Método para el termociclado simultáneo de múltiples muestras, que comprende las etapas siguientes:

a) proporcionar un bloque térmico (1) con múltiples huecos, por lo menos una bomba de calor (2) y una primera base térmica (4) , en el que dicha base térmica es un dispositivo de cámara de vapor para transportar y distribuir calor, opcionalmente una segunda base térmica (6) , un sumidero de calor (5) y una unidad de control (3) , b) disponer dicho bloque térmico (1) con múltiples huecos, dicha bomba o bombas de calor (2) , dicha primera base térmica (4) , opcionalmente dicha segunda base térmica (6) y dicho sumidero de calor (5) , de manera que:

- dicha primera base térmica (4) se encuentra interpuesta y en contacto térmico con dicho sumidero de calor

(5) y dicha bomba o bombas de calor (2) ,

- dicha bomba o bombas de calor (2) se encuentran en contacto térmico con dicho bloque térmico (1) u opcionalmente en contacto térmico con dicha segunda base térmica (6) , estando dicha segunda base térmica (6) en contacto térmico con dicho bloque térmico (1) , y

c) introducir dichas múltiples muestras dentro de los huecos de dicho bloque térmico (1) , y d) llevar a cabo un protocolo de termociclado con dicha unidad de control (3) ,

en la que dicho contacto térmico se basa en una pasta que presenta una elevada conductividad térmica, una lámina térmicamente conductora o fuerza mecánica.

11. Método según la reivindicación 10, en el que dicha primera base térmica (4) es sustancialmente plana y preferentemente no presenta huecos.

12. Método según la reivindicación 11, en el que el área de sección transversal de dicha primera base térmica (4) es en menos de 20% mayor o menor que el área de sección transversal de dicho sumidero de calor (5) y en el que el área de sección transversal de dicha primera base térmica (4) es mayor que el área de sección transversal de dicho bloque térmico (1) , y dichas áreas de sección transversal se encuentran dispuestas en paralelo a las áreas de

contacto respectivas.

13. Método según las reivindicaciones 11 a 12, en el que dicha segunda base térmica (6) opcional es sustancialmente plana y preferentemente no presenta huecos.

14. Método según las reivindicaciones 12 a 13, en el que dicho protocolo de termociclado resulta adecuado para llevar a cabo amplificaciones de ácidos nucleicos en dichas múltiples muestras.

15. Sistema para el termociclado simultáneo de múltiples muestras con el fin de llevar a cabo múltiples reacciones de amplificación de ácidos nucleicos, que comprende:

a) un dispositivo según las reivindicaciones 1 a 9, y b) reactivos necesarios para llevar a cabo dichas múltiples reacciones de amplificación de ácidos nucleicos.

16. Sistema según la reivindicación 15, en el que dichos reactivos comprenden soluciones tampón, detergentes, 20 enzimas, nucleótidos y cebadores.